(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される燃焼用空気で燃焼して燃焼排ガスを生成する燃焼領域と、炉内に配置され、上記燃焼領域から流入する燃焼排ガスの排熱を放熱する放熱領域と、該放熱領域から流出する燃焼排ガスを排気する排気領域と、上記炉内に配置され、上記排気領域を上記燃焼領域に連通して燃焼排ガスの一部を流通させる循環経路とを有するラジアントチューブバーナであって、
上記循環経路に、燃焼排ガスよりも低温の制御用空気を噴出する供給経路を接続したことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
前記排気領域には、前記燃焼領域に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスで予熱するレキュペレータが設けられ、前記供給経路は、燃焼用空気の一部を制御用空気として噴出するために、上記レキュペレータの下流側に接続されることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ。
【請求項３】
前記供給経路には、制御用空気の流通を遮断する遮断装置が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のラジアントチューブバーナ。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの項に記載のラジアントチューブバーナを用い、炉内温度に応じて制御用空気量を調節して前記循環経路へ供給することを特徴とするラジアントチューブバーナの運転方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれかの項に記載のラジアントチューブバーナを用い、排出されるＮＯｘ量に応じて制御用空気量を調節して前記循環経路へ供給することを特徴とする請求項４に記載のラジアントチューブバーナの運転方法。
【請求項６】
請求項１〜３いずれかの項に記載のラジアントチューブバーナを用い、前記炉の炉内温度の上昇時、制御用空気の前記循環経路への供給を遮断することを特徴とする請求項４または５に記載のラジアントチューブバーナの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気領域から燃焼領域へ循環される燃焼排ガスに含まれる未燃分が循環経路で燃焼することを適切に抑えることが可能なラジアントチューブバーナ及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラジアントチューブバーナとしては例えば、特許文献１の「レキュペレータ」で開示されているように、ラジアントチューブの排気側（排気領域）とバーナ側（燃焼領域）との間に循環経路を設け、バーナ側からの高温燃焼排ガスの運動エネルギにより循環経路を経て排気側の燃焼排ガスを吸引してバーナ側へ還流させる循環型ラジアントチューブバーナが知られている。
【０００３】
このような循環型ラジアントチューブバーナは、バーナ側に吸引された燃焼排ガスを再燃焼するため、排出されるＮＯｘ量が抑えられる。しかしながら、吸引された燃焼排ガスに未燃分が含まれていると、循環経路内で未燃分の燃焼が生じ、これにより循環経路に損傷が発生するおそれがある。
【０００４】
このため、例えば特許文献２の「熱風循環型ラジアントチューブ装置」に開示されているように、連通路を炉内に配置し、これにより連通路内で未燃分が燃焼しても、連通路に損傷を与える急激な温度変化が生じないように構成したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４６１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２のように、循環経路を炉内に配置すれば、燃焼排ガスに含まれる未燃分の燃焼による急激な温度変化を抑えることはできるものの、燃焼が生じることを抑えることはできず、依然として、循環経路が損傷を受けるおそれがあるという課題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、排気領域から燃焼領域へ循環される燃焼排ガスに含まれる未燃分が循環経路で燃焼することを適切に抑えることが可能なラジアントチューブバーナ及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるラジアントチューブバーナは、供給される燃焼用空気で燃焼して燃焼排ガスを生成する燃焼領域と、炉内に配置され、上記燃焼領域から流入する燃焼排ガスの排熱を放熱する放熱領域と、該放熱領域から流出する燃焼排ガスを排気する排気領域と、上記炉内に配置され、上記排気領域を上記燃焼領域に連通して燃焼排ガスの一部を流通させる循環経路とを有するラジアントチューブバーナであって、上記循環経路に、燃焼排ガスよりも低温の制御用空気を噴出する供給経路を接続したことを特徴とする。
【０００９】
前記排気領域には、前記燃焼領域に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスで予熱するレキュペレータが設けられ、前記供給経路は、燃焼用空気の一部を制御用空気として噴出するために、上記レキュペレータの下流側に接続されることを特徴とする。
【００１０】
前記供給経路には、制御用空気の流通を遮断する遮断装置が設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかるラジアントチューブバーナの運転方法は、上記ラジアントチューブバーナを用い、炉内温度に応じて制御用空気量を調節して前記循環経路へ供給することを特徴とする。
【００１２】
上記ラジアントチューブバーナを用い、排出されるＮＯｘ量に応じて制御用空気量を調節して前記循環経路へ供給することを特徴とする。
【００１３】
上記ラジアントチューブバーナを用い、前記炉の炉内温度の上昇時、制御用空気の前記循環経路への供給を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるラジアントチューブバーナ及びその運転方法にあっては、排気領域から燃焼領域へ循環される燃焼排ガスに含まれる未燃分が循環経路で燃焼することを適切に抑えて、循環経路の損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るラジアントチューブバーナの好適な実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るラジアントチューブバーナの変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかるラジアントチューブバーナ及びその運転方法の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１には、本実施形態に係るラジアントチューブバーナ１の概略構成図が示されている。
【００１７】
本実施形態のラジアントチューブバーナ１は、おおよそＵ字状の外形形態で構成されたラジアントチューブ２と、ラジアントチューブ２の一方の端部内に設けられ、燃料を噴射するノズル３と、ラジアントチューブ２の他方の端部内に設けられ、燃焼排ガスＧの排熱で燃焼用空気Ａを予熱するレキュペレータ４と、ラジアントチューブ２に設けられ、レキュペレータ４で予熱された燃焼用空気Ａをノズル３周辺へ供給するダクト状の空気供給通路５と、ラジアントチューブ２に設けられ、ノズル３近傍とレキュペレータ４近傍との間を連通する管路状の循環経路６と、循環経路６に接続され、後述する制御用空気Ｃを循環経路６へ噴出して供給する管路状の供給経路７とを備える。
【００１８】
ラジアントチューブバーナ１を構成するラジアントチューブ２は、ノズル３が設けられた一方の端部を始端とし、レキュペレータ４が設けられた他方の端部を終端として、順次、燃焼領域である燃焼管部８、放熱領域であるヒーター管部９及び排気領域である排気管部１０を一連に備える。
【００１９】
ヒータ管部９は、ラジアントチューブバーナ１が設けられる炉１１の炉壁１１ａから内方に突出されて、炉内Ｓに配置される。排気管部１０の排気ポート１０ａは、炉壁１１ａを貫通して炉１１の外側へ延出され、排気ダクト１２と接続される。
【００２０】
燃焼管部８では、ノズル３から噴出される燃料と空気供給通路５から供給される燃焼用空気Ａによる燃焼作用で燃焼排ガスＧが生成される。燃焼排ガスＧは、燃焼管部８からヒータ管部９に流入する。ヒータ管部９は、流入した燃焼排ガスＧの排熱を放熱し、ヒータ機能を発揮する。ヒータ管部９を加熱した燃焼排ガスＧは、排気管部１０へ向かって流れていく。排気管部１０は、ヒータ管部９から流出した燃焼排ガスＧを、排気ポート１０ａへ向かって流通させ、排気ダクト１２へ排気する。
【００２１】
レキュペレータ４はその全体が、排気ポート１０ａ側から排気管部１０内部に挿入して設けられ、熱交換作用により、当該排気管部１０に流通する燃焼排ガスＧで燃焼用空気Ａを予熱する。
【００２２】
レキュペレータ４は、排気管部１０内に管軸方向に沿って設けられ、排気ポート１０ａへ向かって流通する燃焼排ガスＧと燃焼用空気源であるブロア１３から供給される燃焼用空気Ａとを対向流とする外管１４と、外管１４から燃焼用空気Ａが流入する開口部１５ａを有し、かつ外管１４内に管軸方向に沿って設けられ、空気供給通路５と接続されて燃焼管部８へ燃焼用空気Ａを供給する内管１５とを備えて、二重管構造で構成される。
【００２３】
レキュペレータ４とこれを収容する排気管部１０との間には、長さ方向に沿って熱交換用流路１６が形成され、燃焼排ガスＧは、燃焼用空気Ａと熱交換されつつ、排気ポート１０ａへ向かって流通される。
【００２４】
外管１４には、ブロア１３から送り込まれる燃焼用空気Ａを圧送する燃焼用空気圧送管１７が接続される。内管１５には、燃焼管部８に連通する空気供給通路５が接続され、この空気供給通路５は、炉１１の外側に配設される。燃焼用空気Ａは、外管１４内部を流通しつつ燃焼排ガスＧで予熱され、開口部１５ａから内管１５へ流入し、内管１５から空気供給通路５へ送り出されて、燃焼管部８へ供給される。
【００２５】
空気供給通路５には、これより分岐させて供給経路７が設けられ、供給経路７は循環経路６と接続される。循環経路６は、炉内Ｓに配置され、排気管部１０と燃焼管部８とを連通して、燃焼排ガスＧの一部を燃焼管部８へ流入させる。供給経路７は、燃焼排ガスＧよりも低温の制御用空気Ｃを循環経路６へ噴出作用を伴って供給する。供給経路７は、制御用空気Ｃの噴出作用により、排気管部１０から循環経路６内へ向かって燃焼排ガスＧを吸引するエジェクタ効果を発生する。
【００２６】
供給経路７から制御用空気Ｃを噴出させる作用は、噴出ノズルを設けるなど、気体流速を高める一般周知の手法によって得ることができる。本実施形態では、供給経路７は、炉１１の外側で、レキュペレータ４下流側の空気供給通路５から分岐されている。これにより、供給経路７は、レキュペレータ４で予熱された燃焼用空気Ａの一部を制御用空気Ｃとして、循環経路６へ供給する。
【００２７】
循環経路６には、供給経路７の接続位置よりも燃焼排ガスＧの流れ方向上流側に、エジェクタ効果と相俟って、循環経路６を流れる燃焼排ガスＧの流速を増速して燃焼排ガスＧを燃焼管部８へ向かって循環させるための縮径部１８が形成される。供給経路７の先端７ａは、制御用空気Ｃの循環経路６への流入をさらに円滑化するために、燃焼排ガスＧの流れ方向へ向かって屈曲形成される。
【００２８】
循環経路６に流入した燃焼排ガスＧは、供給経路７からの制御用空気Ｃと混合されて、燃焼管部８へと循環されることになる。縮径部１８は、供給経路７からの制御用空気Ｃの流入がないときには、排気管部１０から燃焼管部８への燃焼排ガスＧの流通を妨げるバッフルとして機能する。なお、空気供給通路５から供給経路７への制御用空気Ｃの供給をより円滑化させる場合には、供給経路７の分岐位置下流側に絞り１９を設けてもよい。
【００２９】
供給経路７には、循環経路６への制御用空気Ｃの流量を調整するための流量調整弁２０及び制御用空気Ｃの循環経路６への供給を遮断する遮断弁２１が設けられる。供給経路７に流通する制御用空気Ｃは、燃焼排ガスＧよりも低温ではあるが、予熱されている。流量調整弁２０を開き制御して、制御用空気Ｃの流量を増大させると、燃焼排ガスＧの循環量が増大されると同時に、未燃分を含む燃焼排ガスＧに対して、低温な制御用空気Ｃの空気量が増大し、循環経路６において未燃分の燃焼を生じることが抑制される。また、燃焼排ガスＧよりも低温の制御用空気Ｃが燃焼管部８へ多量に供給されるので、燃焼排ガスＧ中のＮＯｘ量も低減される。
【００３０】
流量調整弁２０を絞り制御して、制御用空気Ｃの流量を減少させると、燃焼排ガスＧの循環量が減少されると同時に、燃焼排ガスＧに対する低温な制御用空気Ｃの量が減少し、燃焼管部８での火炎温度が高くなって、燃焼温度が上昇する。遮断弁２１で制御用空気Ｃの供給を停止すると、空気供給通路５からの燃焼用空気Ａのみによる燃焼となり、通常の高温度火炎による燃焼運転が確保される。
【００３１】
流量調整弁２０及び遮断弁２１は、炉内温度を検出する温度センサ２２からの信号及び排気ダクト１２から排出される燃焼排ガスＧ中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２３からの信号が入力されるコントローラ２４によって作動制御される。
【００３２】
次に、本実施形態に係るラジアントチューブバーナ１の運転方法について説明する。ラジアントチューブバーナ１を始動するときには、コントローラ２４により遮断弁２１を閉じておく。これにより、燃焼排ガスＧの循環及び制御用空気Ｃの導入が停止され、通常のラジアントチューブバーナ１と同様に、レキュペレータ４で予熱された燃焼用空気Ａが燃焼管部８へ供給され、速やかにかつ円滑に高温の燃焼火炎が生成されて、良好な立ち上がり性能が確保される。
【００３３】
運転立ち上がり後は、コントローラ２４により、遮断弁２１を開放する。ＮＯｘセンサ２３により、燃焼排ガスＧ中のＮＯｘ量が多いことが検出されたときは、コントローラ２４により、流量調整弁２０の開き量を増加させ、供給経路７を介して、レキュペレータ４で予熱された制御用空気Ｃを循環経路６へ多量に流入させる。
【００３４】
供給経路７による制御用空気Ｃの導入により、排気管部１０から燃焼管部８へ多量の燃焼排ガスＧが循環される。制御用空気Ｃを燃焼排ガスＧに混合することで、燃焼管部８へ循環する燃焼排ガスＧの温度が低下し、燃焼温度が下がってＮＯｘ量が低減される。
【００３５】
他方、ＮＯｘ量が少ないときは、制御用空気Ｃの供給量及び供給経路７による制御用空気Ｃの噴出による吸引作用で送り込まれる燃焼排ガスＧの量を減少させて高温度燃焼させるために、コントローラ２４により、流量調整弁２０の開き量を減少させる。
【００３６】
他方、温度センサ２２により、炉内温度が低いことが検出されたときには、コントローラ２４により、流量調整弁２０の開き量を減少させる。これにより、制御用空気Ｃ及び燃焼排ガスＧの燃焼管部８への流入が抑えられて、高温度燃焼が確保される。炉内温度が高いことが検出されたときには、コントローラ２４により、流量調整弁２０の開き量を増大させ、循環経路６への制御用空気Ｃ及び燃焼用排ガスＧの供給量を増大させる。これにより、炉内温度が低下される。
【００３７】
ＮＯｘ量と燃焼温度、すなわち炉内温度とは、ＮＯｘ量が多いとき燃焼温度が高く、ＮＯｘ量が少ないとき燃焼温度が低いという相関があり、流量調整弁２０の開き量をセンサ２２，２３の検出値の基づいてコントローラ２４で制御することにより、ＮＯｘ量を設定値以下に抑える制御が達成される。
【００３８】
そして、ラジアントチューブバーナ１の通常運転中、循環経路６へ、燃焼排ガスＧよりも低温の制御用空気Ｃが継続して供給され、これにより、未燃分を含む燃焼排ガスＧが循環経路６内部で燃焼することが抑制される。
【００３９】
このように本実施形態に係るラジアントチューブバーナ及びその運転方法では、エジェクタ効果を発揮するように循環経路６へ噴出される制御用空気Ｃによって、ラジアントチューブバーナ１の運転を、ガスの流れに任せた成り行きではなく、的確に制御することができる。
【００４０】
以上説明した本実施形態に係るラジアントチューブバーナ及びその運転方法では、供給経路７を介して、燃焼排ガスＧよりも低温の制御用空気Ｃを循環経路６に噴出するようにしたので、燃焼排ガスＧに含まれる未燃分が循環経路６内で燃焼することを抑制することができ、循環経路６の損傷発生を防止することができる。
【００４１】
制御用空気Ｃを循環経路６へ噴出することにより、当該制御用空気Ｃと吸引される燃焼排ガスＧとによって、燃焼管部８における燃焼温度を下げることができ、ＮＯｘの排出量を減少させることができる。
【００４２】
循環経路６に噴出する制御用空気Ｃを、レキュペレータ４で予熱した燃焼用空気Ａの一部としたので、燃焼管部８での燃焼温度が低くなり過ぎる、ひいては炉内温度が低くなり過ぎることを防止できる。言い換えれば、燃焼管部８へ供給する燃焼用空気Ａを予熱するレキュペレータ４を利用して、制御用空気Ｃを昇温することができ、追加の加熱装置を設ける必要がなくて、ラジアントチューブバーナ１の構成を簡略化して設備コストやランニングコストをコストダウンすることができる。
【００４３】
流量調整弁２０により、炉内温度やＮＯｘ量に応じて、制御用空気Ｃの噴出量を調整して、燃焼温度を制御することができ、ラジアントチューブバーナ１の運転を適正化することができる。
【００４４】
遮断弁２１により、運転立ち上げ時などの炉内温度の上昇時、制御用空気Ｃの循環経路６への噴出を遮断するようにしたので、燃焼排ガスＧが燃焼管部８へ循環することを抑制して、短時間にスムーズに炉内温度を上昇させることができ、ラジアントチューブバーナ１の立ち上がり性能を向上することができる。
【００４５】
本実施形態に係るラジアントチューブバーナ１を、一つの炉１１に対して、複数設備し、これらラジアントチューブバーナ１に対し、燃焼用空気圧送管１７及び排気ダクト１２を共用する場合がある。
【００４６】
このような場合には、各ラジアントチューブバーナ１の燃焼状態、具体的には、燃焼用空気Ａの供給量や燃焼排ガスＧの排出量が、他のラジアントチューブバーナ１の運転に影響を及ぼすことになる。例えば、いずれかのラジアントチューブバーナ１への燃焼用空気Ａの供給量が増加すると、他のラジアントチューブバーナ１では、燃焼用空気Ａの供給量が減少してしまって、運転状態が不安定になってしまう。
【００４７】
本実施形態にあっては、各ラジアントチューブバーナ１それぞれに遮断弁２１や流量調整弁２０を備えるようにしているので、各ラジアントチューブバーナ１を個別独立に燃焼制御することができ、これらの運転状態を安定化することができる。
【００４８】
縮径部１８により、供給経路７から制御用空気Ｃを噴出させる運転時には、制御用空気Ｃを噴出する供給経路７のエジェクタ効果と相俟って、循環経路６を流れる燃焼排ガスＧの流速を増速することができ、燃焼排ガスＧを円滑に燃焼管部８へ向かって循環させることができる。また、縮径部１８は、制御用空気Ｃを噴出させないときには、バッフルとして機能して、燃焼排ガスＧが循環経路６を介して燃焼管部８へ流通することを抑制することができる。
【００４９】
図２には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例が上記実施形態と異なる点は、供給経路７を、空気供給通路５から分岐して循環経路６に接続することに代えて、ブロア１３と循環経路６とを接続するようにし、制御用空気Ｃをブロア１３から循環経路６に導入するようにしたことにある。この場合には、供給経路７に、制御用空気Ｃを予熱するための加熱装置２５を設けることが好ましい。
【００５０】
この変形例にあっては、ブロア１３から直接、動圧の高い制御用空気Ｃを循環経路６へ噴出させるので、レキュペレータ４から燃焼管部８へ供給される燃焼用空気Ａを利用する場合に比べて、燃焼排ガスＧを効率良く循環経路６へ吸引することができる。
【００５１】
上記実施形態では、循環経路６を炉内Ｓに設置する場合について説明したが、本発明の構成を用いれば、循環経路６の内部で燃焼を生じることがなく、損傷を防止できるので、循環経路６は、炉１１の外に設置することも可能である。このようにすれば、炉内Ｓの構造を簡素化することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  ラジアントチューブバーナ
２  ラジアントチューブ
３  ノズル
４  レキュペレータ
５  空気供給通路
６  循環経路
７  供給経路
７ａ  供給経路の先端
８  燃焼管部
９  ヒーター管部
１０  排気管部
１０ａ  排気ポート
１１  炉
１１ａ  炉壁
１２  排気ダクト
１３  ブロア
１４  外管
１５  内管
１５ａ  開口部
１６  熱交換用流路
１７  燃焼用空気圧送管
１８  縮径部
１９  絞り
２０  流量調整弁
２１  遮断弁
２２  温度センサ
２３  ＮＯｘセンサ
２４  コントローラ
２５  加熱装置
Ａ  燃焼用空気
Ｃ  制御用空気（燃焼排ガスよりも低温）
Ｇ  燃焼排ガス
Ｓ  炉内
【図１】
0005767075.tif 000002
【図２】
0005767075.tif 000003